錐齒輪（傘齒輪）傳動設(shè)計涉及復(fù)雜的幾何關(guān)系與力學(xué)分析，需結(jié)合理論公式與工程經(jīng)驗。以下是系統(tǒng)化的設(shè)計與計算流程，結(jié)合關(guān)鍵參數(shù)和實際應(yīng)用注意事項： 1.確定設(shè)計功率、轉(zhuǎn)速和傳動比 （1）設(shè)計功率：根據(jù)工作機的負載和原動機的功率，考慮工作情況系數(shù)（如工作時間、沖擊載荷等）來確定計算功率Pc。工作情況系數(shù)K可根據(jù)工作機的類型和原動機的特性從相關(guān)設(shè)計手冊中查取，Pc=K×P，其中P為原動機的額定功率。 （2）轉(zhuǎn)速：明確輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)速n1和n2，通常原動機的轉(zhuǎn)速是已知的，根據(jù)傳動比i來確定輸出軸轉(zhuǎn)速n2=in1。 （3）傳動比：根據(jù)實際的傳動要求確定傳動比i，一般單級錐齒輪傳動比i不宜超過6到8。 （4）工作環(huán)境:載荷特性、潤滑條件、安裝空間限制等。 2.選擇齒輪材料和熱處理方式 常用的齒輪材料有中碳鋼（如45鋼）、中碳合金鋼（如40Cr等）。對于重要的傳動，可采用滲碳淬火的低碳合金鋼（如20CrMnTi等）。 不同的材料和熱處理方式會影響齒輪的許用應(yīng)力和承載能力。例如，45鋼調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為220-250HBW，40Cr調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度稍高，而20CrMnTi滲碳淬火后齒面硬度可達58-62HRC。 3.按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 錐齒輪齒面接觸疲勞強度的計算公式為： d1m≥[(KT1/ψR(1-0.5ψR)2·ZE2ZH2Zε2/σH2]1/3 其中： d1m為小齒輪齒寬中點的分度圓直徑； K為載荷系數(shù)，包括使用系數(shù)KA、動載系數(shù)Kv、齒間載荷分配系數(shù)Kα和齒向載荷分布系數(shù)Kβ，K=KAKvKαKβ，各系數(shù)可從設(shè)計手冊中查??； T1為小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，T1=9.55×106Pc/n1（Pc功率，單位為kW，n1轉(zhuǎn)速，單位為r/min）； ψR為齒寬系數(shù)，一般取ψR=0.2-0.3； ZE為彈性系數(shù)，與齒輪材料的彈性模量和泊松比有關(guān)，對于鋼-鋼材料組合，ZE=189.8（MPa)1/2； ZH為節(jié)點區(qū)域系數(shù)，與齒輪的壓力角和齒數(shù)比有關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)壓力角α=20°時，ZH可根據(jù)齒數(shù)比查取，（直齒≈2.5，螺旋齒≈2.2~2.4）； Zε為重合度系數(shù)（一般取0.85~0.95）； σH為許用接觸應(yīng)力，[σH]=σHlim/SH，σHlim為接觸疲勞極限，可從設(shè)計手冊中查取，SH為接觸疲勞安全系數(shù)，一般取SH=1.0-1.3。 計算出d1m后，可根據(jù)d1m=d1(1-0.5ψR)計算小齒輪的大端分度圓直徑d1，進而確定其他幾何尺寸。 4.幾何尺寸計算 分度圓直徑：d1=mz1，d2=mz2，其中 m 為大端模數(shù)，z1和 z2分別為小齒輪和大齒輪的齒數(shù)。 齒數(shù)選擇：一般小齒輪齒數(shù)z1取17-30，為了使兩輪齒的彎曲強度接近，齒數(shù)比 u=z2/z1=i。 模數(shù)計算：由 d1計算出大端模數(shù) m=d1/z1，并將其圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 錐距：R=1/2（d12+d22)1/2。 齒寬：b=ψRR。 分度圓錐角：δ1=arctan（z1/z2），δ2=90°-δ1。 齒頂高：ha=ha*m，ha*為齒頂高系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)值ha*=1。 齒根高：hf=(ha*+c*)m，c*為頂隙系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)值c*=0.2。 齒頂圓直徑：da1=d1+2hacosδ1)，da2=d2+2hacosδ2。 5.按齒根彎曲疲勞強度校核 錐齒輪齒根彎曲疲勞強度的計算公式為： σF=KT1/bd1m·YFYSYε/(1-0.5ψR)≤[σF] 其中： YF為齒形系數(shù)，與齒數(shù)有關(guān)，可從設(shè)計手冊中查??； YS為應(yīng)力修正系數(shù)，也與齒數(shù)有關(guān)，可從設(shè)計手冊中查??； Yε為重合度系數(shù)（與接觸校核類似）； [σF]為許用彎曲應(yīng)力，[σF]=σFlim/SF，σFlim為彎曲疲勞極限，可從設(shè)計手冊中查取，SF為彎曲疲勞安全系數(shù)，一般取SF=1.2-1.5。 如果計算得到的σF小于等于[σF]，則彎曲強度滿足要求；否則，需要調(diào)整設(shè)計參數(shù)（如增大模數(shù)、增加齒數(shù)等）重新進行計算。 6.計算齒輪的圓周速度并確定精度等級 小齒輪齒寬中點的圓周速度vm=πd1mn1/60×1000。 根據(jù)圓周速度vm和傳動的要求，從齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T10095-2008）中選擇合適的精度等級，常用的精度等級為6-9級。 7.進行結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)齒輪的尺寸和工作要求，設(shè)計齒輪的結(jié)構(gòu)，如實心式、腹板式、輪輻式等。對于直徑較小的齒輪（齒頂圓直徑da≤160mm），可采用實心式結(jié)構(gòu)；對于直徑較大的齒輪，可采用腹板式或輪輻式結(jié)構(gòu)。 8.設(shè)計優(yōu)化與工程實踐 （1）螺旋錐齒輪的優(yōu)勢 齒面接觸更平順，承載能力較直齒提高30%~50%； 推薦采用格里森制（Gleason）或奧利康制（Oerlikon）齒形。 （2）安裝與調(diào)試要點 軸向定位：通過調(diào)整墊片控制齒輪副嚙合間隙（一般0.1~0.3mm）；接觸斑點檢驗：空載時接觸區(qū)應(yīng)居中，滿載時擴展至齒面80%以上。 （3）潤滑與失效預(yù)防 潤滑油選擇：ISO VG 150~320（根據(jù)工況溫度與載荷）； 常見失效模式：點蝕（接觸疲勞）、斷齒（過載或裝配不良）。 9.常見問題解答 Q1：齒寬系數(shù)ψR為何不能超過0.35？ 答：齒寬過大易導(dǎo)致制造誤差敏感，且大端與小端齒厚差異顯著，加劇偏載。 Q2：接觸強度不足時如何調(diào)整參數(shù)？ 答：優(yōu)先增大模數(shù)m或齒寬b，其次考慮提高材料硬度或改用螺旋齒。 Q3：小齒輪齒數(shù)過少（如z1=10）如何處理？ 答：采用變位修正（需專用刀具），或改用螺旋錐齒輪改善嚙合平穩(wěn)性。